閔維康，張 敏，劉 沛

(1.四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司，四川 成都 610072；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局應(yīng)用地質(zhì)研究中心，四川 成都 610036)

0 引言

德陽(yáng)市是成渝經(jīng)濟(jì)圈重要組成部分，是成都平原北部重要的工農(nóng)業(yè)基地。不合理的開發(fā)利用地下水，已導(dǎo)致德陽(yáng)市多處地下水水位下降和地下水污染[1]。關(guān)于德陽(yáng)市地下水的研究較多，丁愛中等[2]通過模擬試驗(yàn)分析了德陽(yáng)市淺層地下水高鐵含量的成因，表明弱酸性、土壤豐富的有機(jī)質(zhì)含量以及還原環(huán)境為影響其地下水鐵含量的主要原因。賀密等[3]利用主成分分析法對(duì)德陽(yáng)市平原區(qū)地下水進(jìn)行綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)，并與模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比分析。王亮[4]利用主成分分析法對(duì)四川省德陽(yáng)地區(qū)12個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。高東東等[5-6]對(duì)德陽(yáng)市平原區(qū)地下水資源的富集特征及可持續(xù)開發(fā)利用進(jìn)行了分析研究。張涵[7]等分析了德陽(yáng)市中區(qū)地下水水質(zhì)時(shí)空異質(zhì)性、污染影響因素、潛在污染源及污染源時(shí)季變化規(guī)律。萬朔陽(yáng)等[8]采用水化學(xué)模擬分析了什邡市地下水主要組分的物質(zhì)來源和水巖相互作用過程。陳盟等[9]利用礦物風(fēng)化系統(tǒng)分析、離子相關(guān)性分析及因子分析等方法分析德陽(yáng)市旌陽(yáng)區(qū)淺層地下水水化學(xué)演化規(guī)律及影響因素，指出人類活動(dòng)(生活污水、農(nóng)業(yè)施肥與農(nóng)藥等)對(duì)地下水水化學(xué)組分的影響作用。

以上文獻(xiàn)對(duì)德陽(yáng)市平原區(qū)地下水資源、水化學(xué)研究較多，而關(guān)于地下水主要成分的時(shí)空分布特征研究較少。研究地下水化學(xué)時(shí)空變化趨勢(shì)及成因?qū)τ诮沂緟^(qū)域水化學(xué)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)有重要意義[10-12]。因此本文通過水樣采集及水質(zhì)分析，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)、Piper三線圖、克里金插值法、動(dòng)態(tài)分析等方法，對(duì)德陽(yáng)市平原區(qū)地下水化學(xué)特征及時(shí)空分布進(jìn)行研究，為當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的可持續(xù)開發(fā)與利用提供參考。

1 研究區(qū)概況

德陽(yáng)市平原區(qū)地域狹長(zhǎng)，面積1 910 km2，占全市總面積的32%。區(qū)內(nèi)降水充沛，多年降雨量608～1 236 mm，年平均降雨量872 mm。降水時(shí)間分布極為不均，年內(nèi)多集中在6-9月，空間分布上自西北向東南遞減，分布也極為不均。區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，江河縱橫，流域面積在100 km2以上的河流共10條(段)，總長(zhǎng)度1 129 km，其中市境內(nèi)長(zhǎng)度816 km。境內(nèi)河流為沱江水系，包括綿遠(yuǎn)河、石亭江、湔江和青白江，由西北流向東南。

研究區(qū)海拔高程465～750 m，自西北向東南傾斜，地形平緩，地面坡降3%～8%。地貌主要為綿遠(yuǎn)河、石亭江等河流沖洪積所形成的漫灘I級(jí)階地和上更新統(tǒng)冰水-流水堆積的II級(jí)階地，階面較平坦，有條形小洼和壟崗，近山部分?jǐn)嗬m(xù)分布有上更新統(tǒng)坡洪積堆積及中更新統(tǒng)冰水-流水堆積的臺(tái)地。地層為第四系地層，主要由全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)、上更新統(tǒng)冰水-流水堆積層(Q3fgl+al)、上更新統(tǒng)坡洪積層(Q3dl+pl)和中更新統(tǒng)冰水-流水堆積層(Q2fgl+al)組成。地下水類型為第四系孔隙水，含水層富水性差異大，從水量貧乏(單井涌水量小于100 m3/d)～水量豐富(單井涌水量大于3 000 m3/d)不等。地下水補(bǔ)給形式主要有大氣降水入滲補(bǔ)給、渠系入滲補(bǔ)給、庫(kù)塘入滲補(bǔ)給和農(nóng)灌入滲補(bǔ)給?？紫端邮芨鞣N補(bǔ)給源入滲之后，儲(chǔ)存、運(yùn)移于第四系砂卵石層孔隙之中，與河流流向基本一致，由西北—東南方向流。在沖洪積扇中下部，由于地下水水力坡度進(jìn)一步變緩，地下水水位埋深也進(jìn)一步變淺，地下水多在扇間洼地，以及在扇與上更新統(tǒng)接觸地帶以下降泉形式排泄，同時(shí)向主要河流排泄地下水，此外，蒸發(fā)也是區(qū)內(nèi)重要的排泄方式。

2 研究方法

2.1 樣品采集及測(cè)試

依照均衡分布，局部重點(diǎn)區(qū)加密的原則，本次研究在德陽(yáng)市平原區(qū)采取了79組松散孔隙潛水，所采集水樣均為民用大口取水井、機(jī)井或泉水，大口井、泉水采用人工取樣，機(jī)井采用水泵抽水取樣。采樣點(diǎn)具體分布如圖2所示。

2.2 數(shù)據(jù)分析及方法

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理及分析采用Excel軟件完成，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性。為了解研究區(qū)水化學(xué)特征及類型，繪制了Piper三線圖，進(jìn)行地下水舒卡列夫分類，采用Surfer、MapGIS的克里金插值法進(jìn)行了主要離子的空間分布特征分析，搜集了典型監(jiān)測(cè)孔地下水質(zhì)量數(shù)據(jù)，采用Excel繪制主要離子的動(dòng)態(tài)曲線。

圖2 研究區(qū)取樣點(diǎn)分布圖

3 研究成果及討論

研究區(qū)采集的地下水水樣均無味、無嗅。對(duì)79組地下水樣測(cè)試分析，統(tǒng)計(jì)主要指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1，分析表明pH值變化范圍為6.22～7.9，平均為7.06，整體屬中性水，局部為弱酸性水，其中SY29(什邡市師古鎮(zhèn)九里埂村9組)為最小值6.22，超出飲用水標(biāo)準(zhǔn)(6.5～8.5)；硬度、TDS、Ca2+、Mg2+、Na++K+、SO42-、HCO3-、Cl-的方差和偏度值相對(duì)較高，含量變化范圍較大，表明這些指標(biāo)在空間上有較大的分散性，局部地區(qū)富集程度較高。

3.1 地下水化學(xué)類型及分布特征

繪制Piper三線圖見圖3，可以看出區(qū)內(nèi)優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子為Ca2+，陰離子為SO42-和HCO3-，水樣主要集中于1、3、5區(qū)，表示水樣中堿土金屬離子超過了堿金屬離子，弱酸根離子超過了堿金屬離子，弱酸根超過強(qiáng)酸根且重碳酸硬度超過了50%。依據(jù)舒卡列夫分類，區(qū)內(nèi)地下水化學(xué)類型分為7種，以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg為主，四種地下水類型占到水樣總數(shù)的92.41%。由于區(qū)內(nèi)地下水TDS均小于1.5 g/L，因此都屬于A組。

HCO3-Ca型占采樣總數(shù)12.66%，分布較為分散，主要分布在旌陽(yáng)區(qū)黃許鎮(zhèn)中部和孝感鎮(zhèn)北部、廣漢市中部新平鎮(zhèn)、三水鎮(zhèn)-松林鎮(zhèn)南部和連山鎮(zhèn)東部。HCO3·SO4-Ca型占采樣總數(shù)35.44%，集中分布在研究區(qū)西部，什邡市絕大部分地區(qū)；綿竹市南部土門鎮(zhèn)、玉泉鎮(zhèn)、新市鎮(zhèn)、廣濟(jì)鎮(zhèn)；廣漢西北部金輪鎮(zhèn)、小漢鎮(zhèn)、南豐鎮(zhèn)、高坪鎮(zhèn)、西高鎮(zhèn)。HCO3-Ca·Mg型占采樣總數(shù)25.32%，集中分布在研究東部，旌陽(yáng)區(qū)平原大部分地區(qū)；綿竹市綿遠(yuǎn)鎮(zhèn)-什地鎮(zhèn)-齊天鎮(zhèn)西部、什地鎮(zhèn)南部、孝德鎮(zhèn)北部地區(qū)；廣漢市東部。HCO3·SO4-Ca·Mg型占采樣總數(shù)18.99%，集中分布在綿竹市大部分地區(qū)，在旌陽(yáng)區(qū)孝感鎮(zhèn)南部、二重廠B泵房-八角井鎮(zhèn)北部、廣漢市西高鎮(zhèn)沙堰村也有分布。HCO3·SO4-Na·Ca型所占比例較小，為3.8%。主要分布在黃許鎮(zhèn)福新村、德陽(yáng)二重，西高鎮(zhèn)沙堰村。HCO3·SO4·Cl-Ca型有2組水樣為該類型，分布在什邡市師古鎮(zhèn)局部、靈杰鎮(zhèn)局部。HCO3·Cl-Ca·Mg型有1組水樣為該類型，分布在廣漢市南興鎮(zhèn)南興村。

表1 研究區(qū)地下水水質(zhì)主要指標(biāo)含量特征統(tǒng)計(jì)

圖3 研究區(qū)水樣分析Piper圖

3.2 地下水主要組分空間分布特征

3.2.1 主要指標(biāo)空間分布特征

根據(jù)水樣的分析結(jié)果，利用Surfer軟件繪制了研究區(qū)淺層地下水中七大離子的等值線圖4，據(jù)此分析其空間分布及變化規(guī)律。

Na++K+含量為5.5～114.8 mg/L，水樣集中在5.0～36.0 mg/L，平均濃度為17.91 mg/L，有3組水樣含量較高，分布在廣漢市南新鎮(zhèn)、旌陽(yáng)區(qū)市區(qū)綿遠(yuǎn)河附近和黃許鎮(zhèn)內(nèi)?？臻g由西向東、由北向南逐漸變大，與TDS的變化基本一致，其原因是受地形、徑流條件的影響，西高東低，地下水由西北流向東南，Na+、K+易隨地下水的遷移而流失，含量較低，而在地下水排泄區(qū)(綿遠(yuǎn)河—石亭江—鴨子河下游)含量升高。Ca2+是研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子，含量在53.99～196.39 mg/L，平均濃度為39.46 mg/L，含量變化范圍較大。它與TDS具有較高的相關(guān)性，其分布也基本與TDS相同，由西向東逐漸升高，在廣漢市南新鎮(zhèn)、什邡市北部與綿竹市交界處、旌陽(yáng)區(qū)南部與廣漢北部交界含量較高。Mg2+濃度為10.70～55.23 mg/L，平均濃度為24.63 mg/L。Mg2+含量由西向東升高的趨勢(shì)，什邡市、廣漢市西北部、旌陽(yáng)區(qū)北部、綿竹南部含量較低，高值區(qū)主要集中在研究區(qū)東南部和綿竹市北部。HCO3-為優(yōu)勢(shì)陰離子。HCO3-含量介于120.11～442.52 mg/L，平均濃度為295.68 mg/L。HCO3-含量由西向東逐漸升高，高值區(qū)主要分布沿綿遠(yuǎn)河—石亭江—鴨子河下游。SO42-來自含石膏或其它硫酸鹽的沉積巖的溶解，遷移能力低于HCO3-。SO42-含量為4.68～276.97 mg/L，平均含量為105.86 mg/L。SO42-分布無明顯規(guī)律，高值區(qū)主要集中在研究區(qū)北部和西南部，其中什邡市洛水靈江村1組SY24超標(biāo)(大于250 mg/L)。Cl-含量地下水陰離子中最少，濃度為3.21～257.9 mg/L，平均值為26.96 mg/L，變化范圍較大。從Cl-等值線圖可以看出：Cl-含量由北向南逐漸升高，SY56廣漢市南興鎮(zhèn)南興村含量大于250 mg/L。

由TDS等值線圖(圖5)可以看出：TDS整體呈自西向東、自北向南升高的趨勢(shì)，地形對(duì)其有一定的影響，在綿遠(yuǎn)河-石亭江-鴨子河沖洪積扇的前緣出現(xiàn)TDS高值區(qū)，在綿遠(yuǎn)河-石亭江-鴨子河沖洪積扇的邊緣TDS達(dá)到0.7 g/L，一般在北方干旱氣候條件下，沖洪積扇具有水文地質(zhì)分帶規(guī)律，而在潮濕多雨地區(qū)，其水文地質(zhì)分帶不明顯。微淡水(1 g/L

按總硬度含量劃分區(qū)內(nèi)地下水為微硬水(150～300 mg/L)、硬水(300～450 mg/L)、極硬水(>450 mg/L)3類。由總硬度等值線圖(圖6)可以看出，硬化帶西北向南，由東向西延伸，與區(qū)內(nèi)地下水流向相一致；硬化帶與抽水降落漏斗一致。由于大量開采地下水，旌陽(yáng)區(qū)在工農(nóng)村—二重廠、耐火材料、北郊水廠和通工廠出現(xiàn)四個(gè)降落漏斗，在該地區(qū)地下水硬度較高。

圖4 研究區(qū)七大離子等值線圖

由硝酸鹽含量等值線圖(圖7)表明，硝酸鹽高值點(diǎn)主要分布在西部地區(qū)，集中在綿竹市北部(綿遠(yuǎn)河沖洪積扇扇頂)、石亭江沿線、什邡市西南部鴨子河沿岸，其中什邡市最為嚴(yán)重，該類地區(qū)分布大量的化工、采礦場(chǎng)，也是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，施用的化肥和動(dòng)物廢物經(jīng)過降水的淋濾也會(huì)對(duì)地下水造成一定的影響。

圖5 TDS等值線圖 圖6 總硬度含量分布圖 圖7 硝酸根離子含量分布圖

總鐵等值線圖見圖8，其分布具有明顯的不均勻性，區(qū)內(nèi)未超標(biāo)數(shù)量占68.35%(ρ(TFe)<0.3 mg/L)，廣漢市與什邡市TFe含量普遍較高，石亭江流域TFe含量較高。主要分布在綿竹、什邡西北部、廣漢西部和旌陽(yáng)區(qū)西部，高值點(diǎn)主要集中在SY32(什邡市雙盛鎮(zhèn))、SY43(廣漢市興隆鎮(zhèn))、SY52(廣漢市新豐鎮(zhèn))、SY74(旌陽(yáng)區(qū)旗陽(yáng)鄉(xiāng))。

錳在本區(qū)淺層地下水中含量不高，但廣泛存在。區(qū)內(nèi)未超標(biāo)水樣占75.9%，主要分布在什邡、旌陽(yáng)區(qū)西北部和綿竹。廣漢與旌陽(yáng)區(qū)南部含量較高，以SY58(旌陽(yáng)區(qū)城北街道)、SY53(廣漢市新豐鎮(zhèn))為兩個(gè)極大點(diǎn)為中心分布。

3.2.2 主要指標(biāo)時(shí)間分布特征

搜集1993-2012年德陽(yáng)市區(qū)典型監(jiān)測(cè)井地下水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)，繪制近20年幾大主要離子的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)圖見圖10～圖13。從圖10中可以看出，1993-2001年，總硬度平均含量為433 mg/L；TDS平均含量為708 mg/L，2001-2012年平均含量為424 mg/L；TDS年平均含量為629 mg/L。以2001年為分界點(diǎn)，1993-2001年總硬度和TDS呈微弱增加的趨勢(shì)；2001-2012年TDS呈明顯下降趨勢(shì)，總硬度呈緩慢下降的態(tài)勢(shì)。其原因可能為2001年以來綿遠(yuǎn)河修建了幾座水閘，從而增加了河水補(bǔ)給地下水的量；同時(shí)德陽(yáng)市關(guān)閉了部分自備水廠，降低了地下水的開采量。

圖8 TFe含量分布圖

圖9 Mn含量分布圖

圖10 典型地下水監(jiān)測(cè)井總硬度與TDS近20年動(dòng)態(tài)曲線

SO42-整體呈微弱上升趨勢(shì)，具有較強(qiáng)波動(dòng)性。1993-1997年SO42-平均濃度為94.24 mg/L；1998-2002年SO42-平均濃度為107.46 mg/L，比上一階段升高13.22 mg/L；2003-2007年SO42-平均濃度為96.19 mg/L，比上一階段降低11.27 mg/L；2008-2012年SO42-平均濃度為118.74 mg/L，比上一階段升高22.55 mg/L。1993年SO42-含量為88.14 mg/L，1998年SO42-含量為94.24 mg/L，2003年SO42-含量為97.55 mg/L，2008年SO42-含量為113.85 mg/L，2013年SO42-含量為113.48 mg/L，對(duì)比每隔五年，SO42-含量均有所增高。

圖11 典型地下水監(jiān)測(cè)井SO42-近20年動(dòng)態(tài)曲線

Cl-呈整體逐漸上升的趨勢(shì)。1993-1997年Cl-平均濃度為26.02 mg/L；1998-2002年Cl-平均濃度為33.59 mg/L；2003-2007年Cl-平均濃度為32.61 mg/L；2008-2012年Cl-平均濃度為33.64 mg/L；1993-2001年間Cl-上升速率較高。1993年Cl-含量為25.33 mg/L，1998年Cl-含量為29.67 mg/L，比1993年升高4.34 mg/L；2003年Cl-含量為30.33 mg/L，與1998年基本持平；2008年Cl-含量為38.83 mg/L，比2003年升高了8.50 mg/L；2013年Cl-含量為32.62 mg/L，比2008年下降了6.21 mg/L。NO3-含量1993-1999年呈上升的趨勢(shì)，1999年后下降明顯，2001年比1999年下降了15.28 mg/L；此后2001-2005年較為平穩(wěn)，且含量較低在3.00～5.00 mg/L，2006年增長(zhǎng)迅速，比2005年增加了13.64 mg/L，2006-2012年整體呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

圖12 典型地下水監(jiān)測(cè)井Cl-近20 a動(dòng)態(tài)曲線

圖13 典型地下水監(jiān)測(cè)井鐵與錳近20 a動(dòng)態(tài)曲線

總鐵含量在0.2～0.9 mg/L，由趨勢(shì)線可以看出Fe總體是呈升高趨勢(shì)的。年際變化較大，波動(dòng)性強(qiáng)，統(tǒng)計(jì)出總鐵近20 a間大多數(shù)年均值大于0.3 mg/L，超標(biāo)年份居多。Mn含量比較穩(wěn)定，含量在0.028～0.194 mg/L，1993、2003-2005、2007-2010及2012年的Mn的年均值均超過飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)研究區(qū)水化學(xué)優(yōu)勢(shì)陽(yáng)離子為Ca2+，陰離子為SO42-和HCO3-，水樣中堿土金屬離子超過了堿金屬離子，弱酸根離子超過了堿金屬離子。地下水化學(xué)類型分為7種，以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg為主。

(2)繪制主要離子的等值線圖，表明各大離子濃度含量基本上與地下水流向相一致，呈現(xiàn)由西向東、自北向南升高逐漸升高趨勢(shì)。TDS、總硬度、TFe、Mn離子在工廠周邊濃度聚集，硝酸鹽在農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖場(chǎng)濃度聚集，其空間分布與工農(nóng)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)相關(guān)性。

(3)典型監(jiān)測(cè)孔地下水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表明，總硬度、TDS指標(biāo)從2001年后呈下降趨勢(shì)，與地下水開采和補(bǔ)給正相關(guān)，氯、錳呈整體逐漸上升的趨勢(shì)；硝酸根和鐵含量波動(dòng)較大。